WO1993024806A1 - Sensorvorrichtung und positionsermittlungsverfahren sowie deren verwendung zur steuerung eines bestückungsroboters - Google Patents

Sensorvorrichtung und positionsermittlungsverfahren sowie deren verwendung zur steuerung eines bestückungsroboters Download PDF

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WO1993024806A1
WO1993024806A1 PCT/CH1993/000132 CH9300132W WO9324806A1 WO 1993024806 A1 WO1993024806 A1 WO 1993024806A1 CH 9300132 W CH9300132 W CH 9300132W WO 9324806 A1 WO9324806 A1 WO 9324806A1
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code
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intermediate field
line
sensor device
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Application number
PCT/CH1993/000132
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English (en)
French (fr)
Inventor
Claudio Meisser
Felix Singeisen
Original Assignee
Esec S.A.
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Priority to US08/190,086 priority patent/US5598270A/en
Priority to JP6500058A priority patent/JPH07500423A/ja
Publication of WO1993024806A1 publication Critical patent/WO1993024806A1/de
Priority to HK98106629A priority patent/HK1007594A1/xx

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/002—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring two or more coordinates

Definitions

  • the invention relates to a sensor device for determining the relative position of two mutually displaceable objects, according to the preamble of claim 1, a method for automatically determining a position of a displaceable robot with respect to an object with the aid of said sensor device, and one Use of the sensor device and application of the method for controlling an assembly robot for a line of machines and / or devices, in particular for the automatic processing or treatment of electronic components.
  • FIG. 1 shows schematically in perspective a line of machines for automatic processing and / or devices for the automatic treatment of electronic components according to the prior art.
  • FIG. 2 shows a schematic side view of selected elements of the system shown in FIG. 1 according to the prior art.
  • the machines B1-B4 are, for example, "die bonders” and “wire bonders” for establishing electrical connections on the components, and the devices E1-E2 are, for example, continuous ovens for curing plastics and devices for intermediate storage of the components.
  • the components to be processed or treated are contained in magazines M when they are transported, fed to the machines B1-B4 or devices E1-E2 and therein for processing or treatment as well as for removal after processing or Treatment will be provided.
  • the machines Bl- B4 and facilities E1-E2 are arranged in series. With regard to the transport of the magazines, a rail device T is arranged behind this row, on which a loading robot R runs, which grips, moves, positions and releases the magazines M as required.
  • FIG. 2 shows the machine B1, the rail device T and the placement robot R in a schematic side view.
  • the loading robot R moves in a straight line and horizontally on the rail device T.
  • a gripper G for the magazine M is movably supported on the loading robot R via a forward slide V and a lifting slide H.
  • the advancement slide V can be moved horizontally and orthogonally to the rail device T toward the machine B1 on the assembly robot R and away from it.
  • the lifting carriage H can be moved vertically on the forward carriage V.
  • the gripper G can thus be moved with three Cartesian degrees of freedom or directions of movement with respect to the machine B1 in order to bring the magazine M to the intended magazine position P1 or P2 on the machine B1 and to unload it there, or to grip it there and from to lead away from there.
  • the machines B1-B4 are namely set up, changed and adjusted depending on the needs of the production.
  • the individual machines are then directed as far as possible at right angles to the rail device T or to the running direction of the pick-and-place robot R, but are not mechanically connected directly to the rail device T in a predetermined manner.
  • the only common reference is the floor level, otherwise the machines M or their magazine positions P1-P2 can be arranged at various non-standardized heights above the floor and at distances from the rail device T.
  • Sensor devices are required to identify the relevant magazine positions.
  • a sensor device that can be used for this purpose is known, for example, from a brochure "LN110 / 120" from the company Namco. It essentially comprises a laser as a light source, a constantly rotating mirror, a photodetector and an angle reference detector, all of which are integrated in a measuring device, as well as a retroreflector and, if appropriate, code signs attached to an object. and a microprocessor, the function of which is, inter alia, that of a computing circuit.
  • the laser beam scans a predetermined viewing angle periodically.
  • the retroreflector throws the laser beam back onto the photodetector.
  • the photodetector As long as the laser beam scanning at constant speed strikes the retro reflector, the photodetector generates a retroreflective pulse, the duration of which is inversely proportional to the distance of the retroreflector from the photodetector. The closer the retro reflector is to the photodetector, the greater the scanning ratio of the retroreflection time to the dark time in a period of the scanning.
  • the angle reference detector generates an angle reference pulse at every period of the scanning. When the laser beam reaches the retro reflector in the course of the scanning, a retroreflective pulse begins.
  • the time between the beginning of the angular reference pulse and the beginning of the retroreflective pulse is directly proportional to the angular position of the retroreflector with respect to the direction of the laser beam at the beginning of the angular reference pulse.
  • the angular position or the distance of the retroreflector can thus be measured without contact, provided the dimension of the retro reflector in the plane of the scanning with the laser beam or orthogonally to the axis of the rotating mirror is known.
  • the known retroreflector also on one Arranged defined location of an object, or a previously known object between the known retroreflector and the photodetector is arranged so that it interrupts the laser beam, the arithmetic circuit can calculate the distance and position of the object according to the same principle. Additional code signs can be arranged on the object, with which the computing circuit can identify the object.
  • the arithmetic circuit provides the indication of the distance and position of the machines B1-B4 and Devices E1-E2, but only in the plane of scanning with the laser beam or orthogonal to the axis of the rotating mirror.
  • the information in the direction parallel to the axis of the rotating mirror or orthogonal to the plane of the scanning with the laser beam is still missing, because the information obtained with a sensor device of the type specified above is only two-dimensional, what is insufficient to automate the movements of the placement robot R.
  • the object of the invention is to provide a sensor device to improve the type specified above in such a way that a single sensor supplies three-dimensional information which is sufficient, in particular, for automating the movements of the robot;
  • a sensor device of the type specified at the outset is characterized according to the invention by the combination of features specified in claim 1.
  • Use of the sensor device for controlling an assembly robot for a line of machines and / or devices is defined in claim 14.
  • a method for automatically determining a position reference of a robot using the sensor device is defined in claim 16.
  • An application of the method for controlling a placement robot which can be moved in three mutually orthogonal directions for a line of machines and / or devices is defined in claim 19.
  • Advantageous further developments are defined in the dependent claims.
  • a single scanning device is sufficient to position the pick-and-place robot with the aid of a code field according to the invention and, if appropriate, also to read information in additional code fields.
  • the invention enables the positions and dimensions of the machines or devices and the magazines to be determined simply and possibly in an automatic process by the arithmetic circuit in order to be supplied to the control of the pick-and-place robot as information to become.
  • the pick and place robot learns the positions and dimensions of the machines or devices and magazines easily and, if necessary, in an automatic process.
  • the various positions of magazines on the various machines or devices can then be automatically moved to by the gripper and the various magazines can be handled in accordance with their type.
  • the Machines, devices and magazines on the same or different code carriers, in addition and in a predetermined position relative to the code field according to the invention, provide further code fields which provide information, for example, about the type of a machine, a magazine and the like. Because the placement robot knows the positions of the additional code fields relative to the code field according to the invention as soon as it has learned the positions and dimensions of the machines or devices and magazines, it is possible for it to also bring the other code fields into the perspective of the scanning device to read their information.
  • each time the gripper approaches positions these positions can also be checked automatically by comparing the newly determined actual position with the stored target position.
  • the result of this check can be used to measure distance errors, which can be attributed, for example, to the large length of the row of machines or devices, and shifted positions, which are caused, for example, by unintentional shifting of the machines or devices or by movements and vibrations of the floor are automatically corrected, with the originally learned positions being updated accordingly.
  • the result of the check can also be used to detect the absence of certain positions or objects if, for example, there is no space for additional magazine at a position for magazine insertion or if there is no magazine at a position for magazine delivery.
  • 5a and 5b each show a geometric diagram of the angle and length relationships of boundary lines and surface areas in an intermediate field with a diagonal line and two optically identical intermediate field regions;
  • 6a and 6b each have a geometric scheme of the angular and
  • FIG. 3 shows a retroreflector 1 which is known per se and is described, for example, in the Namco brochure already cited, in a plan view of its essentially flat retroreflective surface.
  • the retroreflector 1 is part of a sensor device, for example of the type described in the Namco brochure cited.
  • This sensor device is attached, for example, to a robot such as the placement robot R shown in FIGS. 1 and 2.
  • a retroreflector instead of a retroreflector, a surface that scatters the light in a suitable manner, i.e.
  • Retrodiffusion instead of retroreflection can be used, as well as a different kind of light beam instead of a laser beam, and also, instead of periodic scanning with laser light and a mirror rotating around an optical center, a global scanning with light from an LED line using a photodetector. Row.
  • the retroreflective surface of the retroreflector 1 there is an essentially flat mask, which at certain points has opaque, thick, stripe-like stripes. before 2 and opaque thin bar-shaped lines 3 has and is transparent at its other locations.
  • the mask is, for example, a photographic emulsion layer on a glass plate, which in turn is placed over the retroreflective surface.
  • the mask can also be painted directly with paint on the retroreflective surface of the retroreflector 1.
  • the glass plate can also be arranged in front of the retroreflective surface.
  • the opaque lines are advantageously black so that they can also be seen better by the eye.
  • the retroreflector 1 with the mask applied is arranged at a predetermined location on the rear side of each machine and device of FIG. 1, for example at location S in FIG. 2, at a predetermined height above the ground.
  • This height is entered into the computing circuit of the robot as a corresponding specification and is therefore known to the control of the robot, so that it is possible for it to move the robot in such a way that the retroreflector 1 comes into the viewing angle of the sensor device.
  • the arithmetic circuit of the robot is made known by a corresponding specification as to where the individual points of interest, in particular the positions at which magazines are to be brought or picked up, are located relative to the retro reflector 1 in a certain type of machine or device .
  • the control of the robot is able to have the gripper automatically move to the mentioned positions and to handle the various magazines according to their type.
  • the combination of lines such as lines 2 and 3 forms different bar codes which can be scanned by the light beam from the sensor device.
  • the bars are divided into bar groups each with a meaning coded in the combination of bars, and each bar group is within of virtual (ie not provided with an actual edge) rectangular line group areas to form an information block.
  • four special line group areas 6A, 6B, 6C, 6D together form a virtual (i.e. not provided with an actual border) essentially rectangular code field.
  • the retroreflector 1 is arranged on a machine or device in FIG. 1 such that a center line of the rectangular code field lies essentially parallel to a scanning plane of the sensor device (the center line of a rectangle is generally a geometrically well-defined term, but in the present embodiment of the invention does not actually have a dash, the center line mentioned is therefore not shown in FIG. 3).
  • each of the line group areas 6A, 6B, 6C, 6D itself forms a virtual (ie not provided with an actual edge) rectangular positioning field in such a way that the relevant rectangles virtually surrounding the line groups are identical .
  • the line groups in their rectangles or line group areas 6A, 6B, 6C, 6D are oriented such that a longer edge of the rectangle or line group area such as the edge 7 or 12 is also a longer line of a line.
  • the rectangles or line group areas 6A, 6B, 6C, 6D are arranged with respect to one another such that their virtual (ie not shown by an actual line) short sides are congruently aligned and their long sides are parallel to one another (otherwise the terms relate "Long” and "Short” on the special representation according to FIG. 3, but they can be interchanged within the scope of the invention).
  • the code comprises in each case a line group consisting of at least two rectangular lines and an intermediate rectangular space in between, the lines and spaces, for example, like light and are dark optically different from one another and their longitudinal direction extends at right angles to the center line of the code field over its entire extent.
  • the respectively adjacent rectangular positioning fields or line group areas 6A and 6B, or 6B and 6C, or 6C and 6D are arranged at equal predetermined distances from one another, so that in each case the same virtual (ie not with an actual edge) provided) rectangular intermediate fields 8AB, 8BC, 8CD are defined.
  • the code field is thus exactly filled by a sequence of positioning fields 6A, 6B, 6C, 6D and intermediate fields 8AB, 8BC, 8CD that alternate along the center line.
  • the positioning fields or line group areas 6A, 6B, 6C, 6D form a row.
  • Each line group is encoded in the row for the position of the line group area 6A, 6B, 6C, 6D relating to it, preferably with a number from a series of successive numerical values. 3, the line group area 6A with the number 0, the line group area 6C with the number 2 and the line group area 6D with the number 3 are coded.
  • the code arranged in a positioning field thus corresponds to a position of this positioning field in the code field, and this code includes position information which can be evaluated by the scanning device and which indicates the position at which the positioning field is located in one of the positioning fields along the center line formed order, the successive positions of the positioning field in the code field are preferably expressed by successive numerical values.
  • a diagonal line 9AB, 9BC, 9CD is arranged in each of the rectangular intermediate fields 8AB, 8BC, 8CD, which connects the diagonally opposite ends of mutually opposite edges of the adjacent positioning fields or line group areas, such as the diagonal line 9BC one end 10 of the edge 7 of the line group area 6C with one end 11 of the edge 12 of the Stroke group area 6B connects.
  • the diagonal line 9AB, 9BC, 9CD in the respective intermediate field 8AB, 8BC, 8CD represents a boundary line intersecting the center line obliquely between two surface areas of the intermediate field.
  • the arrangement of four positioning fields or line group areas 6A, 6B, 6C, 6D and three diagonal lines 9AB, 9BC, 9CD in the respective intermediate field 8AB, 8BC, 8CD described above as an example can easily be extended to a higher, but preferably even number of line group lines ⁇ range and the corresponding odd number smaller by one, preferably parallel diagonal lines are expanded.
  • the diagonal lines 9AB, 9BC, 9CD, as shown in FIG. 3, are preferably oriented parallel to one another, although this is not mandatory if the computing circuit has the information necessary for further processing.
  • FIG. 4 schematically shows a wall 40 of a machine or device on which the retroreflector 41 is arranged.
  • the mask 42 Arranged on the retroreflector 41 is the mask 42, which carries bar codes, of which only one point 43 of a diagonal line, such as the diagonal lines 9AB, 9BC or 9CD of FIG. 3, is shown.
  • the light beam originates from point 44 and is sent back to point 44 by the reflector 41, provided that this is not prevented by the bar code of the mask 42.
  • point 44 therefore has the meaning of an optical center of the sensor device.
  • the retroreflector 41 and the mask 42 are shown in the diagram of FIG. 4 with a substantial thickness, but this only serves to make the retroreflector 41 and the mask 42 visible and is considered in the following to be insignificant and negligible.
  • the light beam moves continuously around point 44, for example clockwise.
  • the angular positions of the light beam are measured positively in the clockwise direction in FIG. 4, their zero value being at an angular position predetermined in the sensor device by the angular reference detector, which is shown in FIG. 4 by the reference direction 45.
  • the angular position increases in the direction of arrow 46 around point 44 from a value at the beginning of the viewing angle (not shown) at a time t_, via a value at the beginning of the scanning of the mask at line 47 a time t_.
  • the retroreflector 41 and the mask 42 lie in a plane oriented essentially orthogonally to the bisector of the viewing angle. Consequently, the bisector of the angle of view coincides with the plumb 49 from the optical center 44 to the retroreflector 41 and to the mask 42.
  • the control system Since the arithmetic circuit of the robot is known as a corresponding specification of the height above the floor of the retroreflector 41, it is possible for the control system to move the robot in such a way that the retroreflector 41 comes into view of the sensor device and the photodetector detects a retroreflected one Light beam receives when the outgoing light beam hits the retroreflector 41. After the retroreflector 41 has come into view in this way, the method for the automatic positioning of a robot with the sensor device proceeds as follows.
  • the control of the robot receives the necessary information from the arithmetic circuit in order to set both the angular position of the solder 49 and the length of the solder 49, that is the distance from the optical center 44 to the retroreflector 41, so that the 3, all four line group areas 6A, 6B, 6C, 6D are included.
  • the pulses of the photodetector that correspond to the lines of these line groups all occur in the time interval between t A and t 1.
  • the first scanned bar group corresponds to a réelleester Im ⁇ pulse that starts at time t A, and aDesignester Im ⁇ pulse, the e t_ at the time stops.
  • the last scanned line group corresponds to an earliest pulse that begins at time t_- and a latest pulse that point t_ E stops.
  • the further process in this first phase can be explained most simply if, in a first stage, the optical center 44 is at the center perpendicular to the total length of the line group regions 6A, 6B, 6C, 6D and in a second stage as close as possible to the line group regions 6A, 6B, 6C, 6D is brought.
  • the controller receives the necessary information from the arithmetic circuit in order to reduce the distance between the optical center 44 and the retroreflector 41, that is to say the length of the plumb bob 49, in such a way that the viewing angle now only comprises two adjacent line group areas.
  • These two adjacent line group areas are selected on the basis of the coding of their line groups and a corresponding specification in the control.
  • these are adjacent line group areas in the middle of the row, that is, in the example according to FIG. 3, line group areas 6B and 6C, which are coded with the numbers 2 and 3, respectively, which are recognized by the computing circuit.
  • the optical center 44 remains centered horizontally in front of the line group areas 6A, 6B, 6C, 6D.
  • the main objective of this approach of the robot to the retroreflector is to increase the angle values at which the various bar codes of the mask 42 are seen from the optical center 44 and thereby to increase the precision of the positioning.
  • the only diagonal line now in the viewing angle is the diagonal line 9BC, of which a location 43 is shown in FIG. 4.
  • the controller receives the necessary information from the arithmetic circuit in order to move the robot, this time only vertically, until the point in time at which the angular position of the light beam falls on position 43 of the diagonal line 9BC or Point 43 is scanned at time t. coincides, with the result that the optical center 44 is now also centered vertically in front of the line group regions 6B, 6C.
  • the robot was not moved horizontally, so that the viewing angle continues to include only the adjacent line group areas 6b and 6C and the optical center 44 remains centered in the horizontal in front of the line group areas 6A, 6B, 6C, 6D.
  • optical center 44 is now centered in the horizontal as well as in the vertical in front of the line group areas 6A, 6B, 6C, 6D.
  • the arithmetic circuit is then able to calculate the coordinates of the optical center 44 with respect to the center of the line group areas 6A, 6B, 6C, 6D.
  • Cartesian coordinates the coordinate in the direction perpendicular to the retroreflector 41 and the mask 42 is given by the length of the solder 49, while in the directions parallel to the retroreflector 41 and the mask 42 the coordinate is zero, because the optical center 44 in front of the Stroke group areas 6A, 6B, 6C, 6D is centered (this is precisely the simplification mentioned above).
  • the local reference systems of the code carrier and the scanning device there are generally two mutually equivalent possibilities for relating the local reference systems of the code carrier and the scanning device to one another, namely by establishing a direct relationship or an indirect relationship via a common or several mutually related coordinate systems.
  • the angular position of the viewing direction around the optical center in the scanning plane can be related to a reference direction lying in a predetermined angular position to the plane of the code carrier.
  • the plane of the code carrier can be arranged in a predetermined position in a coordinate system, while in the scanning plane the angular position of the viewing direction around the optical center is related to a reference direction of an angular position predetermined in the coordinate system.
  • the line group areas lie in the viewing angle, while in principle it is not necessary for the angle bisector of the viewing angle to coincide with the normal line of the line group areas. If the angle bisector of the viewing angle does not coincide with the perpendicular line of the line group areas, the optical center is the sensor device is not centered in front of the line group areas, whereupon the trigonometric calculation of the position of the optical center relative to the retroreflector is more complicated and the computing circuit and the control are correspondingly more complex, the calculation and the corresponding design of the computing circuit and the control remain in the area of general specialist knowledge and therefore do not need to be described in detail.
  • the computing circuit can be designed as a microprocessor and can be programmed accordingly.
  • the optical center 44 is also centered vertically in front of the line group areas 6B, 6C.
  • the angular position of the light beam falls on the diagonal line 9BC at a certain point in time t 1, that is to say a point 43 of the diagonal line 9BC is scanned at point in time t n.
  • This point in time txl varies linearly with the position of the optical center 44 in the vertical in front of the line group regions 6B, 6C.
  • the described provision of the information on the position of the optical center of the sensor device in the horizontal and in the vertical in front of the line group areas, that is to say in front of the retroreflector and the mask, and the forwarding of this information to the computing circuit enables the robot to be controlled if necessary, to be positioned in front of other line group areas, such as in front of line group areas 4 or 5 in FIG. 3, in order to read further information in these additional code fields.
  • the type of machine or device on which the retroreflector 1 is attached is coded on the retroreflector 1 in the line group area 4, while a further line group area 5 can be used for additional coded information.
  • one or more further retro reflectors with additional code fields can be provided and arranged in a predetermined position relative to the retroreflector 1. Since the arithmetic circuit knows the predetermined position of these additional code fields relative to the code field of the reflector 1, it is possible for the robot controller to control these additional code fields without a previous search in order to read their information.
  • a single scanning device is sufficient both to determine the position of the assembly robotic ters relative to the machines or devices and their magazine positions as well as afterwards for reading further code fields which provide information, for example, about the type of a machine, a magazine and the like. Because the placement robot knows the positions of the additional code fields as soon as it has learned the positions and dimensions on the machines or devices and on the magazines, it is possible for it to move to the other code fields and to look at the scanning device bring to read their information.
  • the arithmetic circuit of the sensor device and / or the control can also check whether the current target position matches the target position determined earlier. If this is not the case, then the machine and / or device in question has been moved or changed, for example, which triggers an alarm.
  • FIG. 5a, 5b, 6a and 6b each show different variants of the formation of the code in an intermediate field as a geometric scheme.
  • the frame now shown corresponds schematically to the intermediate field, which was already described in the preceding in connection with FIG. 3, but only with a virtual edge, ie not represented by an actual line.
  • FIG. 5a again shows the training that was already described above in connection with FIG. 3.
  • a diagonal line crosses the intermediate field essentially diagonally and halves it approximately in two intermediate field regions of optically identical quality. The diagonal line is dark and the intermediate field areas are light (or vice versa), ie the diagonal line is optically different from the intermediate field areas.
  • Each of the two intermediate field areas creates a boundary line with the diagonal line, which crosses the intermediate field approximately diagonally, so there are two mutually parallel boundary lines.
  • the scanning device reacts to the optical contrast at the two boundary lines, in that this contrast produces a variation in the illumination density therein, which leads to the determination of a viewing direction.
  • FIG. 5b shows an embodiment which is essentially derived from the embodiment according to FIG. 5a by mirror-symmetrical doubling, the intermediate field along the center line being essentially halved in two intermediate field parts and the diagonal lines of one and the other Intermediate field part lie at an angle to each other.
  • FIG. 6a shows an embodiment in which the intermediate field is essentially halved essentially diagonally into two optically different intermediate field regions.
  • One intermediate field area is dark and the other is light, that is. a boundary line crosses the intermediate field essentially diagonally.
  • the scanning device reacts to the optical contrast at this boundary line in that this contrast produces a variation in the illumination density which leads to the determination of a viewing direction.
  • FIG. 6b shows an embodiment which is derived from the embodiment according to FIG. 6a essentially by mirror symmetrical doubling, the intermediate field along the center line being essentially halved in two intermediate field parts and the boundary lines of one and the other Intermediate field part lie at an angle to each other.
  • Other configurations of the code in an intermediate field are also possible, in which the code in at least one intermediate field comprises at least one boundary line intersecting the center line between two surface regions of the intermediate field, and the surface regions are designed to scan their common boundary line to generate a variation of the illumination density in the scanning device, which leads to the determination of a viewing direction.
  • 5a, 5b, 6a and 6b can be reversed mirror-inverted about the two virtual center lines of their rectangles, ie the terms “above” in FIGS. 5a, 5b, 6a and 6b “and” below “are interchangeable, also that the terms” light “and” dark “are interchangeable without departing from the principle of the invention.
  • the code field preferably comprises an even number of positioning fields of equal size with one another and a corresponding number of intermediate fields of equal size that are smaller by one, and the intermediate fields are either identical to one another or mirror-like.
  • the code field comprises exactly four positioning fields and three intermediate fields.

Abstract

Die Sensorvorrichtung umfasst einen ebenen Codeträger (1) am einen der Objekte und am anderen Objekt eine Abtasteinrichtung für einen Blickwinkel zur Bestimmung einer darin liegenden Blickrichtung sowie eine Rechenschaltung. Ein Fotodetektor erfasst eine Beleuchtungsdichte im Laufe der Abtastung des Blickwinkels nach der Lichteinfallsrichtung. Am Codeträger (1) ist ein rechteckiges Codefeld (6A-6D, 8AB-8CD) mit seiner Mittellinie parallel zur Abtastebene angeordnet. Es umfasst mindestens zwei rechteckige Positionierungsfelder (6A-6D) und ein dazwischenliegendes rechteckiges Zwischenfeld (8AB-8CD). Die Positionierungsfelder enthalten eine von der Abtasteinrichtung auswertbare Positionsinformation über die Objekte. In mindestens einem Zwischenfeld umfasst der Code zumindest eine die Mittellinie schräg schneidende Grenzlinie, deren Abtastung eine scharfe Variation der Beleuchtungsdichte in Abhängigkeit der Lichteinfallsrichtung hervorruft, was einer festzustellenden Blickrichtung entspricht. Das Zwischenfeld kann von einem Diagonalstrich in zwei optisch gleiche Zwischenfeldbereiche oder von einer Grenzlinie diagonal in zwei optisch verschiedene Zwischenfeldbereiche unterteilt sein, und diese Konfiguration kann spiegelsymmetrisch verdoppelt sein.

Description

Sensorvorrichtung und Positionsermittlungsverfahren sowie deren Verwendung zur Steuerung eines Bestückungsroboters
Die Erfindung betrifft eine Sensorvorrichtung zur Fest¬ stellung der relativen Lage von zwei zueinander verschiebba¬ ren Objekten, gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 1, ein Verfahren zur selbsttätigen Ermittlung einer Position eines verschiebbaren Roboters in bezug auf ein Objekt mit Hilfe der genannten Sensorvorrichtung, und eine Verwendung der Senεor- vorrichtung sowie eine Anwendung des Verfahrens zur Steuerung eines Bestückungsroboters für eine Linie von Maschinen und/oder Einrichtungen insbesondere zur automatischen Bear¬ beitung bzw. Behandlung von elektronischen Bauelementen.
Fig. 1 zeigt schematisch in Perspektive eine Linie von Maschinen zur automatischen Bearbeitung und/oder von Einrich¬ tungen zur automatischen Behandlung von elektronischen Bau¬ elementen gemäss dem Stand der Technik.
Fig. 2 zeigt in schematischer Seitenansicht ausgewählte Elemente der in Fig. 1 gezeigten Anlage gemäss dem Stand der Technik.
Aus der Zeitschrift "productronic 1/2-1991", Seite 112 sowie aus "European Semiconductor", Oktober 1990, ist die in Fig. 1 schematisch in Perspektive dargestellte Linie von Ma¬ schinen zur automatischen Bearbeitung und von Einrichtungen zur automatischen Behandlung von elektronischen Bauelementen bekannt. Die Maschinen B1-B4 sind beispielsweise "Die-Bonder" und "Wire-Bonder" zum Erstellen von elektrischen Verbindungen auf den Bauelementen, und die Einrichtungen E1-E2 sind bei¬ spielsweise Durchlauföfen zum Aushärten von Kunststoffen und Einrichtungen zur Zwischenlagerung der Bauelemente. Die zu bearbeitenden bzw. zu behandelnden Bauelemente sind in Maga¬ zinen M enthalten, wenn sie transportiert, den Maschinen Bl- B4 bzw. Einrichtungen E1-E2 zugeführt und darin zur Bearbei¬ tung bzw. Behandlung sowie zum Abtransport nach der Bearbei¬ tung bzw. Behandlung bereitgestellt werden. Die Maschinen Bl- B4 und Einrichtungen E1-E2 sind in Reihe aufgestellt. Hinter dieser Reihe ist, im Hinblick auf den Transport der Magazine, eine Schieneneinrichtung T angeordnet, auf der ein Bestück¬ ungsroboter R läuft, der die Magazine M wie erforderlich greift, bewegt, positioniert und loslässt.
In Fig. 2 sind die Maschine Bl, die Schieneneinrichtung T und der Bestückungsroboter R in schematischer Seitenansicht dargestellt. Der Bestückungsroboter R fährt geradlinig und horizontal auf der Schieneneinrichtung T. Ein Greifer G für das Magazin M ist am Bestückungsroboter R über einen Vorrück¬ schlitten V und einen Hebeschlitten H beweglich abgestützt. Der Vorrückschlitten V ist am Bestückungsroboter R horizontal und orthogonal zur Schieneneinrichtung T zur Maschine Bl hin und von ihr weg beweglich. Der Hebeschlitten H ist am Vor¬ rückschlitten V vertikal beweglich. Somit ist der Greifer G mit drei kartesischen Freiheitsgraden bzw. Bewegungsrichtun¬ gen gegenüber der Maschine Bl bewegbar, um das Magazin M zur vorgesehenen Magazinposition Pl bzw. P2 an der Maschine Bl zu bringen und dort abzuladen, bzw. um es dort zu greifen und von dort wegzuführen.
Es stellt sich dabei das Problem, die Bewegungen des Bestückungsroboters R zu automatisieren.
Die Maschinen B1-B4 werden nämlich je nach den Bedürf¬ nissen der Fabrikation aufgestellt, gewechselt und verstellt. Die einzelnen Maschinen sind dann zwar so gut wie möglich rechtwinklig zur Schieneneinrichtung T bzw. zur Laufrichtung des Bestückungsroboters R gerichtet, jedoch mechanisch nicht direkt und auf vorbestimmte Weise mit der Schieneneinrichtung T verbunden. Die einzige gemeinsame Referenz ist die Boden¬ ebene, im übrigen können die Maschinen M bzw. deren Magazin¬ positionen P1-P2 in verschiedenen nicht normierten Höhen über Boden und Abständen zur Schieneneinrichtung T angeordnet sein. Unter diesen Umständen ist es zur Automatisierung der Bewegungen des Bestückungsroboters R nötig, vom Bestückungs¬ roboter R selbst die Magazinpositionen P1-P2 lernen und die entsprechende Soll-Position des Greifers G bestimmen zu las- sen, sonst müssten die Magazinpositionen P1-P2 nach jeder Aenderung vermessen und der Steuerung des Bestückungsroboters R als entsprechende Vorgabe eingegeben werden, was äusserst aufwendig wäre. Zur Erkennung der betreffenden Magazinposi¬ tionen sind Sensorvorrichtungen nötig.
Eine dazu verwendbare Sensorvorrichtung ist beispiels¬ weise aus einem Prospekt "LN110/120" der Firma Namco bekannt. Sie umfasst im wesentlichen einen Laser als Lichtquelle, ei¬ nen konstant rotierenden Spiegel, einen Fotodetektor und ei¬ nen Winkelreferenzdetektor, die alle in einer Messvorrichtung integriert sind, sowie einen Retroreflektor und gegebenen¬ falls Code-Schilder, die an einem Objekt angebracht sind, und einen Mikroprozessor, dessen Funktion unter anderem diejenige einer Rechenschaltung ist. Unter Verwendung des konstant ro¬ tierenden Spiegels tastet der Laserstrahl einen vorbestimmten Blickwinkel periodisch ab. Der Retroreflektor wirft den La¬ serstrahl zurück auf den Fotodetektor. Solange der mit kon¬ stanter Geschwindigkeit abtastende Laserstrahl auf den Retro¬ reflektor trifft, erzeugt der Fotodetektor einen Rückstrah¬ limpuls, dessen Zeitdauer umgekehrt proportional zum Abstand des Retroreflektors zum Fotodetektor ist. Je näher der Retro¬ reflektor am Fotodetektor ist, um so grösser ist das Tastver¬ hältnis von Rückstrahldauer zu Dunkelzeit in einer Periode der Abtastung. Andererseits erzeugt der Winkelreferenzdetek¬ tor bei jeder Periode der Abtastung einen Winkelreferenzi - puls. Wenn der Laserstrahl im Laufe der Abtastung den Retro¬ reflektor erreicht, beginnt ein Ruckstrahlimpuls. Die Zeit zwischen dem Beginn des Winkelreferenzimpulses und dem Beginn des Rückstrahlimpulses ist direkt proportional zur Winkel¬ stellung des Retroreflektors in bezug auf die Richtung des Laserstrahls beim Beginn des Winkelreferenzimpulses. Somit sind die Winkelstellung bzw. die Entfernung des Retroreflek¬ tors berührungslos messbar, sofern die Dimension des Retro¬ reflektors in der Ebene der Abtastung mit dem Laserstrahl bzw. orthogonal zur Achse des rotierenden Spiegels bekannt ist. Ist der vorbekannte Retroreflektor ausserde an einer definierten Stelle eines Objekts angeordnet, oder ist ein vorbekanntes Objekt zwischen dem vorbekannten Retroreflektor und dem Fotodetektor so angeordnet, dass es den Laserstrahl unterbricht, so kann die Rechenschaltung nach dem gleichen Prinzip die Distanz und Position des Objekts errechnen. Dabei können zusätzliche Code-Schilder am Objekt angeordnet sein, mit denen die Rechenschaltung das Objekt identifizieren kann.
Im unmittelbar nachfolgenden wird zur Vereinfachung der Erläuterungen davon ausgegangen, dass ein Objekt bzw. ein Code-Schild stets in einer im wesentlichen orthogonal zur Winkelhalbierenden des Blickwinkels orientierten Ebene liegt. Ist das Objekt bzw. Code-Schild um einen bekannten Winkel windschief zur Winkelhalbierenden des Blickwinkels orien¬ tiert, so sind die von der Rechenschaltung errechneten Di¬ stanzen vom Objekt bzw. Code-Schild zum optischen Zentrum der Sensorvorrichtung um den Sinus dieses Winkels zu berichtigen.
Ist in einer Linie von Maschinen zur automatischen Bear¬ beitung und von Einrichtungen zur automatischen Behandlung von elektronischen Bauelementen der Bestückungsroboter R mit einer Sensorvorrichtung der vorstehend angegebenen Art verse¬ hen, so liefert die Rechenschaltung die Angabe der Distanz und Position der Maschinen B1-B4 und Einrichtungen E1-E2, jedoch nur in der Ebene der Abtastung mit dem Laserstrahl bzw. orthogonal zur Achse des rotierenden Spiegels. Zur Auto¬ matisierung der Bewegungen des Bestückungsroboters R fehlt noch die Information in Richtung parallel zur Achse des ro¬ tierenden Spiegels bzw. orthogonal zur Ebene der Abtastung mit dem Laserstrahl, denn die mit einer Sensorvorrichtung der vorstehend angegebenen Art erhaltene Information ist nur zweidimensional, was zur Automatisierung der Bewegungen des Bestückungsroboters R unzulänglich ist.
Eine Behebung dieser Unzulänglichkeit durch die Kombina¬ tion von zwei Sensorvorrichtungen der vorstehend angegebenen Art ist aufwendig und ausserdem wegen der beschränkten Platz- Verhältnisse am Bestückungsroboter störend.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Sensorvorrichtung der vorstehend angegebenen Art so zu verbessern, dass ein einzi¬ ger Sensor eine dreidimensionale Information liefert, die insbesondere zur Automatisierung der Bewegungen des Roboters ausreicht;
Zur Lösung dieser Aufgabe ist eine Sensorvorrichtung der eingangs angegebenen Art erfindungsgemäss gekennzeichnet durch die im Anspruch 1 angegebene Kombination von Merkmalen. Eine Verwendung der Sensorvorrichtung zur Steuerung eines Bestückungsroboters für eine Linie von Maschinen und/oder Einrichtungen ist im Anspruch 14 definiert. Ein Verfahren zur selbsttätigen Ermittlung einer Positionsreferenz eines Robo¬ ters mit Hilfe der Sensorvorrichtung ist im Anspruch 16 defi¬ niert. Eine Anwendung des Verfahrens zur Steuerung eines in drei zueinander orthogonalen Richtungen bewegbaren Be¬ stückungsroboters für eine Linie von Maschinen und/oder Ein¬ richtungen ist im Anspruch 19 definiert. Vorteilhafte Weiter¬ bildungen sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.
Mit der erfindungsgemässen Sensorvorrichtung genügt eine einzige Abtasteinrichtung zum Positionieren des Bestückungs¬ roboters mit Hilfe eines erfindungsgemässen Codefelds und gegebenenfalls auch noch zum Lesen von Informationen in zu¬ sätzlichen Codefeldern.
Zum einen ermöglicht nämlich die Erfindung, an den Ma¬ schinen bzw. Einrichtungen und an den Magazinen deren Posi¬ tionen und Dimensionen einfach und gegebenenfalls in einem automatisch ablaufenden Vorgang von der Rechenschaltung fest¬ stellen zu lassen, um der Steuerung des Bestückungsroboters als Information zugeleitet zu werden. Der Bestückungsroboter lernt einfach und gegebenenfalls in einem automatisch ablau¬ fenden Vorgang die Positionen und Dimensionen der Maschinen bzw. Einrichtungen und Magazine. Danach können die verschie¬ denen Positionen von Magazinen an den verschiedenen Maschinen bzw. Einrichtungen automatisch vom Greifer angefahren und die verschiedenen Magazinen ihrem Typ entsprechend gehandhabt werden.
Zum anderen ist es mit der Erfindung möglich, an den Maschinen, Einrichtungen und Magazinen, auf demselben oder anderen Codeträgern, zusätzlich und in vorbestimmter Position relativ zum erfindungsgemässen Codefeld weitere Codefelder vorzusehen, die eine Information beispielsweise über den Typ einer Maschine, eines Magazins und dergleichen liefern. Weil der Bestückungsroboter die Positionen der zusätzlichen Code¬ felder relativ zum erfindungsgemässen Codefeld kennt, sobald er die Positionen und Dimensionen der Maschinen bzw. Einrich¬ tungen und Magazine gelernt hat, ist es ihm möglich, auch die weiteren Codefelder in den Blickwinkel der Abtasteinrichtung zu bringen, um deren Information zu lesen.
Bei jedem Anfahren von Positionen durch den Greifer kön¬ nen diese Positionen zudem automatisch durch Vergleich der neu festgestellten Ist-Position mit der gespeicherten Soll- Position überprüft werden. Das Resultat dieser Überprüfung kann dazu verwendet werden, Distanzfehler, die beispielsweise auf die grosse Länge der Reihe von Maschinen bzw. Einrichtun¬ gen zurückzuführen sind, und verschobene Positionen, die bei¬ spielsweise durch unbeabsichtigtes Verschieben der Maschinen bzw. Einrichtungen oder durch Bewegungen und Erschütterungen des Bodens verursacht werden, automatisch zu korrigieren, wobei die ursprünglich gelernten Positionen entsprechend nachgeführt werden. Das Resultat der Überprüfung kann auch dazu verwendet werden, das Fehlen bestimmter Positionen oder Gegenstände zu erkennen, wenn beispielsweise an einer Positi¬ on zur Magazinaufnahme kein Platz für ein zusätzliches Maga¬ zin oder an einer Position zur Magazinabgabe kein Magazin bereitsteht.
Schliesslich können Objekte, die nicht in der Steuerung des Bestückungsroboters programmiert sind, als solche erkannt werden, was dieser Steuerung erlaubt, Kollisionen des Be¬ stückungsroboters mit Hindernissen wie verschobenen Magazi¬ nen, herunterhängenden Kabeln usw. zu vermeiden.
Nachstehend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben. Auch sind weitere Vorteile der Erfindung aus dieser Beschreibung erkennbar. Es zeigen: Fig. 3 eine Draufsicht eines Retroreflektors mit dem erfin¬ dungsgemässen Strichcode als Maske, zur Verwendung mit der bekannten Sensorvorrichtung der vorstehend angegebenen Art;
Fig. 4 ein geometrisches Schema der Winkel- und Längenver¬ hältnisse von Strichcode und Lichtstrahl in der Sensorvorrichtung;
Fig. 5a und 5b je ein geometrisches Schema der Winkel- und Längenverhältnisse von Grenzlinien und Flächenbe¬ reichen in einem Zwischenfeld mit Diagonalstrich und zwei optisch gleichen Zwischenfeldbereichen; und
Fig. 6a und 6b je ein geometrisches Schema der Winkel- und
Längenverhältnisse von Grenzlinie und Flächenberei¬ chen in einem Zwischenfeld mit zwei optisch ver¬ schiedenen Zwischenfeldbereichen.
In Fig. 3 ist ein an sich bekannter, beispielsweise im bereits zitierten Namco-Prospekt beschriebener Retroreflektor 1 in Draufsicht auf seine im wesentlichen ebenen retroreflek- tierende Oberfläche dargestellt. Der Retroreflektor 1 ist Teil einer Sensorvorrichtung beispielsweise der im zitierten Namco-Prospekt beschriebenen Art. Diese Sensorvorrichtung ist beispielsweise an einem Roboter wie dem in Fig. 1 und 2 dar¬ gestellten Bestückungsroboter R angebracht. Grundsätzlich kann aber anstelle eines Retroreflektors auch eine auf geeig¬ nete Weise das Licht streuende Fläche, d.h. Retrodiffusion statt Retroreflektion verwendet werden, sowie anstelle eines Laserstrahls ein andersartiger Lichtstrahl, und auch allge¬ mein anstelle einer periodischen Abtastung mit Laserlicht und einem um ein optisches Zentrum rotierenden Spiegel eine glo¬ bale Abtastung mit Licht aus einer LED-Zeile unter Verwendung einer Fotodetektoren-Zeile.
Auf der retroreflektierenden Oberfläche des Retroreflek¬ tors 1 ist eine im wesentlichen ebene Maske angebracht, die an gewissen Stellen undurchsichtige dicke balkenför ige stri- ehe 2 und undurchsichtige dünne balkenför ige striche 3 auf¬ weist, und an ihren anderen stellen durchsichtig ist. Die Maske ist beispielsweise eine fotografische Emulsionsschicht auf einer Glasplatte, welche ihrerseits über die retroreflek- tierende Oberfläche gelegt ist. Die Maske kann aber auch di¬ rekt mit Farbe auf der retr©reflektierenden Oberfläche des Retroreflektors 1 aufgemalt sein. Im Prinzip kann die Glas¬ platte auch vor der retroreflektierenden Oberfläche angeord¬ net sein. Die undurchsichtigen Striche sind mit Vorteil schwarz, um auch von Auge besser erkennbar zu sein.
Der Retroreflektor 1 mit der aufgebrachten Maske ist an einer vorbestimmten Stelle der hinteren Seite jeder Maschine und Einrichtung der Fig. 1, beispielsweise an der Stelle S in Fig. 2, in einer vorbestimmten Höhe über dem Boden angeord¬ net. Diese Höhe wird der Rechenschaltung des Roboters als entsprechende Vorgabe eingegeben und ist somit der Steuerung des Roboters bekannt, so dass es ihr möglich ist, den Roboter so zu bewegen, dass der Retroreflektor 1 in den Blickwinkel der Sensorvorrichtung kommt.
Ausserdem wird der Rechenschaltung des Roboters durch eine entsprechende Vorgabe bekanntgegeben, wo sich bei einem bestimmten Typ von Maschinen bzw. Einrichtungen die einzelnen Stellen von Belang, insbesondere die Positionen, bei denen Magazine zu bringen bzw. abzuholen sind, relativ zum Retro¬ reflektor 1 befinden. Sobald also der Rechenschaltung des Roboters auf die nachstehend erläuterte Weise die Position des Retroreflektors 1 bekannt wird, ist es der Steuerung des Roboters möglich, die erwähnten Positionen automatisch vom Greifer anfahren zu lassen und die verschiedenen Magazinen ihrem Typ entsprechend zu handhaben.
Auf dem Retroreflektor 1 bildet die Kombination von Strichen wie die Striche 2 und 3 verschiedene Strichcodes, die vom Lichtstrahl der Sensorvorrichtung abtastbar sind. Dazu sind die Striche, wie bei Strichcodes üblich, in Strich¬ gruppen mit je einer in der Kombination von Strichen codier¬ ten Bedeutung eingeteilt, und jede Strichgruppe ist innerhalb von virtuellen (d.h. nicht mit einem tatsächlichen Rand ver¬ sehenen) rechteckigen Strichgruppenbereichen angeordnet, um einen Informationsblock zu bilden.
Im Aύsbildungsbeispiel der Fig. 3 bilden vier besondere Strichgruppenbereiche 6A, 6B, 6C, 6D zusammen ein virtuelles (d.h. nicht mit einem tatsächlichen Rand versehenes) im we¬ sentlichen rechteckiges Codefeld. Der Retroreflektor 1 ist an einer Maschine bzw. Einrichtung der Fig. 1 so angeordnet, dass eine Mittellinie des rechteckigen Codefelds im wesentli¬ chen parallel zu einer Abtastebene der Sensorvorrichtung liegt (die Mittellinie eines Rechtecks ist generell ein geo¬ metrisch wohldefinierter Begriff, aber in der vorliegenden Ausbildung der Erfindung kein tatsächlich vorhandener Strich, die erwähnte Mittellinie ist deshalb in Fig. 3 nicht einge¬ zeichnet) .
Im rechteckigen Codefeld bildet jeder der Strichgruppen¬ bereiche 6A, 6B, 6C, 6D selber ein virtuelles (d.h. nicht mit einem tatsächlichen Rand versehenes) rechteckiges Positionie¬ rungsfeld, und zwar auf solche Weise, dass die betreffenden, virtuell die Strichgruppen umrandenden Rechtecke identisch sind. Zudem sind die Strichgruppen in ihren Rechtecken oder Strichgruppenbereichen 6A, 6B, 6C, 6D so orientiert, dass jeweils ein längerer Rand des Rechtecks oder Strichgruppenbe¬ reichs wie der Rand 7 oder 12 auch ein längerer Rand eines Striches ist. Schliesslich sind die Rechtecke oder Strich¬ gruppenbereiche 6A, 6B, 6C, 6D so zueinander angeordnet, dass ihre virtuellen (d.h. nicht von einem tatsächlichen Strich dargestellten) kurzen Seiten kongruent ausgerichtet sind und ihre langen Seiten parallel zueinander liegen (im übrigen beziehen sich die Begriffe "lang" und "kurz" auf die besonde¬ re Darstellung gemäss Fig. 3, sie können aber im Rahmen der erfindung untereinander ausgetauscht werden) . Im übrigen um¬ fasst der Code in einem Positionierungsfeld jeweils eine Strichgruppe aus mindestens zwei rechteckigen Strichen und einem dazwischenliegenden rechteckigen Zwischenraum, wobei die Striche und Zwischenräume beispielsweise wie hell und dunkel optisch voneinander verschieden sind und deren Längs¬ richtung rechtwinklig zur Mittellinie des Codefelds über des¬ sen ganze Ausdehnung verläuft.
Die jeweils benachbarten rechteckige Positionierungsfel¬ der oder Strichgruppenbereiche 6A und 6B, bzw. 6B und 6C, bzw. 6C und 6D, sind in gleichen vorbestimmten Abständen vo¬ neinander angeordnet, so dass dazwischen jeweils gleiche vir¬ tuelle (d.h. nicht mit einem tatsächlichen Rand versehene) rechteckige Zwischenfelder 8AB, 8BC, 8CD definiert sind. Das Codefeld ist also von einer entlang der Mittellinie alternie¬ renden Folge von Positionierungsfeldern 6A, 6B, 6C, 6D und Zwischenfeldern 8AB, 8BC, 8CD exakt gefüllt.
Die Positionierungsfeider bzw. Strichgruppenbereiche 6A, 6B, 6C, 6D bilden eine Reihe. Jede Strichgruppe ist für die Stellung des sie betreffenden Strichgruppenbereichs 6A, 6B, 6C, 6D in der Reihe codiert, vorzugsweise mit einer Zahl aus einer Reihe von aufeinanderfolgenden Zahlenwerten. In Ausbil¬ dungsbeispiel nach Fig. 3 ist der Strichgruppenbereich 6A mit der Zahl 0, der mit der Zahl 1, der Strichgruppenbereich 6C mit der Zahl 2 und der Strichgruppenbereich 6D mit der Zahl 3 codiert. Insgesamt entspricht also der in einem Positionie¬ rungsfeld angeordnete Code einer Position dieses Positionie¬ rungsfeldes im Codefeld, und dieser Code umfasst eine von der Abtasteinrichtung auswertbare Positionsinformation, die an¬ gibt, an welcher Stelle sich das Positionierungsfeld in einer von den Positionierungsfeldern entlang der Mittellinie gebil¬ deten Reihenfolge befindet, wobei die aufeinanderfolgenden Positionen des Positionierungsfeldes im Codefeld vorzugsweise durch aufeinanderfolgende Zahlenwerte ausgedrückt sind.
In jedem der rechteckigen Zwischenfelder 8AB, 8BC, 8CD ist je ein Diagonalstrich 9AB, 9BC, 9CD angeordnet, der die einander diagonal gegenüberliegenden Enden von einander ge¬ genüberliegenden Rändern der benachbarten Positionierungsfel¬ der bzw. Strichgruppenbereiche verbindet, wie beispielsweise der Diagonalstrich 9BC ein Ende 10 des Randes 7 des Strich¬ gruppenbereichs 6C mit einem Ende 11 des Randes 12 des Strichgruppenbereichs 6B verbindet. Der Diagonalstrich 9AB, 9BC, 9CD stellt im jeweiligen Zwischenfeld 8AB, 8BC, 8CD eine die Mittellinie schräg schneidende Grenzlinie zwischen zwei Flächenbereichen des Zwischenfelds dar. Bei der Abtastung dieser Grenzlinie durch die Abtasteinrichtung erzeugt der Helligkeitskontrast zwischen den Zwischenfeldern und dem Dia¬ gonalstrich in der Abtasteinrichtung eine Variation der Be¬ leuchtungsdichte, richtiger gesagt zwei kurz aufeinanderfol¬ gende entgegensetzte Variationen der Beleuchtungsdichte, was eine Bestimmung der Blickrichtung ermöglicht, die nachstehend im Zusammenhang mit Fig. 4 näher erläutert wird.
Die vorstehend als Beispiel beschriebene Anordnung von vier Positionierungsfelder bzw. Strichgruppenbereichen 6A, 6B, 6C, 6D und drei Diagonalstrichen 9AB, 9BC, 9CD im jewei¬ ligen Zwischenfeld 8AB, 8BC, 8CD kann ohne weiteres auf eine höhere, vorzugsweise aber gerade Anzahl von Strichgruppenbe¬ reichen und die entsprechende um Eins kleinere ungerade An¬ zahl von vorzugsweise einander parallelen Diagonalstrichen erweitert werden.
Vorzugsweise sind die Diagonalstriche 9AB, 9BC, 9CD, wie in Fig. 3 dargestellt, parallel zueinander orientiert, ob- schon dies nicht zwingend ist, wenn die Rechenschaltung über die zur weiteren Verarbeitung nötige Information verfügt.
Im Hinblick auf die Beschreibung des erfindungsgemässen Verfahrens zur selbsttätigen Positionierung des Roboters in bezug auf den Retroreflektor mit der daraufliegenden Maske ist es vorerst zweckmässig, das in Fig. 4 dargestellte geome¬ trische Schema der Winkel- und Längenverhältnisse von Strich¬ code und Lichtstrahl in der Sensorvorrichtung zu erläutern.
Es wird dabei (besonders wegen der einfacheren geometri¬ schen Verhältnisse) von der bekannten, beispielsweise im be¬ reits zitierten Namco-Prospekt beschriebenen Abtasteinrich¬ tung ausgegangen. Grundsätzlich aber könnte man die daraus bekannte periodische Abtastung mit Laserlicht und einem um ein optisches Zentrum rotierenden Spiegel durch eine globale Abtastung mit Licht aus einer LED-Zeile unter Verwendung ei- ner Fotodetektoren-Zeile ersetzen, ohne sich vom Prinzip der nachfolgenden Erläuterungen zu entfernen.
In Fig. 4 ist schematisch eine Wandung 40 einer Maschine oder Einrichtung dargestellt, an welcher der Retroreflektor 41 angeordnet ist. Auf dem Retroreflektor 41 ist die Maske 42 angeordnet, die Strichcodes trägt, von denen nur eine Stelle 43 eines Diagonalstriches wie die Diagonalstriche 9AB, 9BC bzw. 9CD der Fig. 3 dargestellt ist.
Der Lichtstrahl geht vom Punkt 44 aus und wird vom Re¬ troreflektor 41 zum Punkt 44 zurückgesandt, sofern dies nicht vom Strichcode der Maske 42 verhindert wird. Der Punkt 44 hat also im Schema der Fig. 4 die Bedeutung eines optischen Zen¬ trums der Sensorvorrichtung. Der Retroreflektor 41 und die Maske 42 sind im Schema der Fig. 4 mit einer wesentlichen Dicke dargestellt, diese dient aber nur der Sichtbarmachung des Retroreflektors 41 bzw. der Maske 42 und gilt im nachste¬ henden als unwesentlich und vernachlässigbar.
Aufgrund der Auslenkung des Lichtstrahls durch den kon¬ stant rotierenden Spiegel bewegt sich der Lichtstrahl fort¬ laufend um den Punkt 44, beispielsweise im Uhrzeigersinn. Die Winkelpositionen des Lichtstrahls werden in Fig. 4 im Uhrzei¬ gersinn positiv gemessen, wobei ihr Nullwert bei einer in der Sensorvorrichtung vom Winkelreferenzdetektor vorbestimmten Winkelposition liegt, die in Fig. 4 von der Referenzrichtung 45 dargestellt wird. Im Laufe einer Umdrehungsperiode des Spiegels wächst die Winkelposition in Richtung des Pfeils 46 um den Punkt 44 von einem Wert am (nicht dargestellten) An¬ fang des Blickwinkels zu einem Zeitpunkt t_, über einen Wert am Anfang der Abtastung der Maske bei der Linie 47 zu einem Zeitpunkt t_. und danach einen Wert am Ende der Abtastung der Maske bei der Linie 48 zu einem Zeitpunkt t^, bis zu einem (nicht dargestellten) Wert am Ende des Blickwinkels zu einem Zeitpunkt t„. Auf die Winkelhalbierende des Blickwinkels fällt dabei die Winkelposition zu einem Zeitpunkt t,., welcher der Gleichung tj. = "ö* (t„ - t.) entspricht. Dieser Vorgang wiederholt sich bei jeder Umdrehung des konstant rotierenden Spiegels, was zur periodischen Abtastung eines von der Kon¬ struktion der Sensorvorrichtung vorbestimmten Blickwinkels führt.
Wie bereits erwähnt, wird zur Vereinfachung der nachfol¬ genden Erläuterungen davon ausgegangen, dass der Retroreflek¬ tor 41 und die Maske 42 in einer im wesentlichen orthogonal zur Winkelhalbierenden des Blickwinkels orientierten Ebene liegen. Folglich fällt die Winkelhalbierende des Blickwinkels mit dem Lot 49 vom optischen Zentrum 44 zum Retroreflektor 41 und zur Maske 42 zusammen.
Weil der Rechenschaltung des Roboters als entsprechende Vorgabe bekannt ist, in welcher Höhe über dem Boden sich der Retroreflektor 41 befindet, ist es der Steuerung möglich, den Roboter so zu bewegen, dass der Retroreflektor 41 in den Blickwinkel der Sensorvorrichtung kommt und der Fotodetektor einen retroreflektierten Lichtstrahl empfängt, wenn der aus¬ gehende Lichtstrahl auf den Retroreflektor 41 trifft. Nachdem der Retroreflektor 41 auf diese Weise in den Blickwinkel ge¬ kommen ist, läuft das Verfahren zur selbsttätigen Positionie¬ rung eines Roboters mit der Sensorvorrichtung folgenderweiεe ab.
In einer ersten Phase erhält die Steuerung des Roboters von der Rechenschaltung die nötige Information, um sowohl die Winkelposition beim Lot 49 als auch die Länge des Lots 49, also den Abstand vom dem optischen Zentrum 44 zum Retroref¬ lektor 41, so einzustellen, dass der Blickwinkel alle Strich¬ gruppenbereiche der Maske, also beim Beispiel gemäss Fig. 3 alle vier Strichgruppenbereiche 6A, 6B, 6C, 6D, umfasst. In anderen Worten, es wird dabei erreicht, dass die Impulse des Fotodetektors, die den Strichen dieser Strichgruppen entspre¬ chen, alle im Zeitintervall zwischen tA und t„ auftreten. Der zuerst abgetasteten Strichgruppe entspricht ein frühester Im¬ puls, der zum Zeitpunkt t-A anfängt, und ein spätester Im¬ puls, der zum Zeitpunkt t_E aufhört. Der zuletzt abgetasteten Strichgruppe entspricht ein frühester Impuls, der zum Zeit¬ punkt t_- anfängt, und ein spätester Impuls, der zum Zeit- punkt t_E aufhört.
Der weitere Vorgang in dieser ersten Phase ist am ein¬ fachsten zu erklären, wenn das optischen Zentrum 44 in einer ersten Etappe auf die Mittelsenkrechte der Gesamtlänge der Strichgruppenbereiche 6A, 6B, 6C, 6D und in einer zweiten Etappe möglichst nahe an die Strichgruppenbereiche 6A, 6B, 6C, 6D gebracht wird.
Beispielsweise wird der Roboter zu diesem Zweck, zu¬ nächst nur in der Horizontalen, bewegt, bis der Zeitpunkt t. der Gleichung t-, = — 1• ( ,E - t..) entspricht, womit erreicht wird, dass die Winkelhalbierende des Blickwinkels mit der Mittelsenkrechten der Gesamtlänge der Strichgruppenbereiche zusammenfällt, d.h. damit kongruent ist, und das optische Zentrum 44, zunächst erst in der Horizontalen, vor den Strichgruppenbereichen 6A, 6B, 6C, 6D zentriert liegt. Danach wird der Roboter, weiterhin nur in der Horizontalen, so ge¬ steuert, dass der Zeitpunkt t_. weiterhin der Gleichung tM = —• ( ,E - t1Ä) entspricht und zusätzlich die Zeitpunkte t_A und t £.τ__?, den Gleichungen t, ±A. = tA. und t --i,__,M = „ __, zu entsprechen kommen, womit nun erreicht wird, dass die Gesamtlänge der Strichgruppenbereiche den gesamten Blickwinkel füllt. Die dazu nötige Information erhält die Steuerung selbstverständ¬ lich laufend von der Rechenschaltung.
In einer zweiten Phase erhält die Steuerung von der Re¬ chenschaltung die nötige Information, um den Abstand zwischen dfem optischen Zentrum 44 und dem Retroreflektor 41, also die Länge des Lots 49, so zu reduzieren, dass der Blickwinkel nur mehr zwei benachbarte Strichgruppenbereiche umfasst. Welches diese beiden benachbarten Strichgruppenbereiche sind, wird aufgrund der Codierung ihrer Strichgruppen und einer entspre¬ chenden Vorgabe in der Steuerung ausgewählt. Zweckmässiger- weise handelt es sich dabei um benachbarte Strichgruppenbe¬ reiche in der Mitte der Reihe, also beim Beispiel gemäss Fig. 3 um die Strichgruppenbereiche 6B und 6C, die mit den Zahlen 2 bzw. 3 codiert sind, welche von der Rechenschaltung erkannt werden. Selbstverständlich bleibt das optische Zentrum 44 dabei in der Horizontalen vor den Strichgruppenbereichen 6A, 6B, 6C, 6D zentriert.
Mit dieser Annäherung des Roboters an den Retroreflektor wird im wesentlichen bezweckt, die Winkelwerte, unter denen die verschiedenen Strichcodes der Maske 42 vom optischen Zen¬ trum 44 aus gesehen werden, zu vergrössern und dadurch die Präzision der Positionierung zu erhöhen. Der nunmehr einzige im Blickwinkel liegende Diagonalstrich ist der Diagonalstrich 9BC, von dem eine Stelle 43 in Fig. 4 dargestellt ist.
In einer dritten Phase erhält die Steuerung von der Re¬ chenschaltung die nötige Information, um den Roboter, diesmal nur in der Vertikalen, zu bewegen, bis der Zeitpunkt, bei dem die Winkelposition des Lichtstrahls auf die Stelle 43 des Diagonalstriches 9BC fällt bzw. die Stelle 43 abgetastet wird, mit dem Zeitpunkt t. zusammenfällt, womit erreicht wird, dass das optische Zentrum 44 nun auch in der Vertikalen vor den Strichgruppenbereichen 6B, 6C zentriert ist. In der Horizontalen wurde der Roboter dabei nicht bewegt, so dass der Blickwinkel weiterhin nur die benachbarten Strichgruppen¬ bereiche 6b und 6C umfasst und das optische Zentrum 44 in der Horizontalen vor den Strichgruppenbereichen 6A, 6B, 6C, 6D zentriert geblieben ist.
Folglich liegt nun das optische Zentrum 44 in der Hori¬ zontalen wie auch in der Vertikalen vor den Strichgruppenbe¬ reichen 6A, 6B, 6C, 6D zentriert.
Daraufhin ist die Rechenschaltung in der Lage, die Koor¬ dinaten des optischen Zentrums 44 in bezug auf den Mittel¬ punkt der Strichgruppenbereiche 6A, 6B, 6C, 6D zu errechnen. In kartesischen Koordinaten ist die Koordinate in Richtung senkrecht zum Retroreflektor 41 und zur Maske 42 durch die Länge des Lots 49 gegeben, während in den Richtungen parallel zum Retroreflektor 41 und zur Maske 42 die Koordinate gleich Null ist, weil ja das optische Zentrum 44 vor den Strichgrup¬ penbereichen 6A, 6B, 6C, 6D zentriert ist (eben darin liegt die vorangehend erwähnte Vereinfachung) . Diese Koordinaten bzw. die einzige tatsächlich zu bestimmende Koordinate wird zur Verwendung durch die Steuerung als Positionsreferenz des Roboters in bezug auf den Retroreflektor von der Rechenschal¬ tung bereitgestellt und der Steuerung zugeleitet. Von nun an ist die Steuerung des Roboters fähig, an der betreffenden Maschine bzw. Einrichtung die einzelnen Stellen von Belang, insbesondere die Positionen, bei denen Magazine zu bringen bzw. abzuholen sind, automatisch vom Greifer anfahren zu las¬ sen und die verschiedenen Magazinen ihrem Typ entsprechend zu handhaben.
Generell gibt es zwei einander äquivalente Möglichkei¬ ten, die lokalen Referenzsysteme des Codeträgers und der Ab¬ tasteinrichtung aufeinander zu beziehen, nämlich durch Er¬ stellen einer direkten Beziehung oder einer indirekten Bezie¬ hung über ein gemeinsames oder mehrere aufeinander bezogene Koordinatensysteme. Zum einen kann in der Abtastebene die Winkellage der Blickrichtung um das optische Zentrum auf eine in vorbestimmter Winkellage zur Ebene des Codeträgers liegen¬ de Referenzrichtung bezogen sein. Zum anderen kann die Ebene des Codeträgers in einer in einem Koordinatensystem vorbe¬ stimmten Lage angeordnet sein, während in der Abtastebene die Winkellage der Blickrichtung um das optische Zentrum auf eine Referenzrichtung von im Koordinatensystem vorbestimmter Win¬ kellage bezogen ist.
Vorzugsweise werden aber alle Berechnungen dadurch ver¬ einfacht, dass die Referenzrichtung orthogonal zur Ebene des Codeträgers liegt und die Verschiebungen in drei zueinander orthogonalen Richtungen erfolgen, von denen die eine parallel zur Referenzrichtung und die beiden anderen parallel zur Ebe¬ ne des Codeträgers liegen.
Zur Ausführung des erfindungsgemässen Verfahrens würde es genügen, dass die Strichgruppenbereiche im Blickwinkel liegen, während es prinzipiell nicht nötig ist, dass die Win¬ kelhalbierende des Blickwinkels mit der Mittelεenkrechten der Strichgruppenbereiche zusammenfällt. Wenn die Winkelhalbie¬ rende des Blickwinkels nicht mit der Mittelsenkrechten der Strichgruppenbereiche zusammenfällt, ist das optische Zentrum der Sensorvorrichtung nicht vor den Strichgruppenbereichen zentriert, worauf die trigonometrische Berechnung der Positi¬ on des optischen Zentrums relativ zum Retroreflektor kompli¬ zierter und die Rechenschaltung sowie die Steuerung entspre¬ chend aufwendiger werden, die Berechnung und die entsprechen¬ de Ausbildung der Rechenschaltung sowie der Steuerung bleiben jedoch im Bereich des allgemeinen Fachwissens und brauchen deshalb nicht im einzelnen beschrieben zu werden. Beispiels¬ weise kann die Rechenschaltung als Mikroprozesεor auεgebildet sein und entsprechend programmiert werden.
Zur Ausführung des erfindungsgemässen Verfahrens würde es auch genügen, dass die Gesamtlänge der Strichgruppenberei¬ che den gesamten Blickwinkel füllt, während es nicht nötig ist, dass nur zwei ausgewählte der Strichgruppenbereiche den gesamten Blickwinkel füllen. Wenn kein Annäherung der Sensor¬ vorrichtung an den Retroreflektor stattfindet, bleibt gerade nur die erreichte Präzision der Positionsbestimmung in der Horizontalen wie auch in der Vertikalen geringer als beim beschriebenen Verfahren mit einer solchen Annäherung.
Schliesslich ist es zur Ausführung des erfindungsgemäs¬ sen Verfahrens nicht unerlässlich, dass das optische Zentrum 44 auch in der Vertikalen vor den Strichgruppenbereichen 6B, 6C zentriert wird. Generell fällt die Winkelposition des Lichtstrahls zu einem gewisεen Zeitpunkt t„ auf den Diagonal- εtrich 9BC, d.h. eine Stelle 43 des Diagonalstrichs 9BC wird zuin Zeitpunkt t n„ abgetastet. Dieser Zeitpunkt tx„l variiert linear mit der Lage des optischen Zentrums 44 in der Vertika¬ len vor den Strichgruppenbereichen 6B, 6C. Es wird davon aus¬ gegangen, dass das optische Zentrum 44 in der Horizontalen vor den Strichgruppenbereichen 6B, 6C zentriert ist, wie im vorangehenden beschrieben wurde, dass also die Gleichung tM = •z* (t,E - t_A) gilt. Unter diesen Umständen fällt der Zeit¬ punkt t„ dann mit dem Zeitpunkt tj. zusammen, wenn das opti¬ sche Zentrum 44 auch in der Vertikalen vor den Strichgruppen¬ bereichen 6B, 6C zentriert ist. Der Zeitpunkt t X„I. fällt jedoch mit dem Zeitpunkt t_E zusammen, wenn das optische Zentrum 44 in der Vertikalen vor dem zuletzt abgetasteten Rand der zu¬ erst abgetasteten Strichgruppe liegt, und mit dem Zeitpunkt t_A zusammen, wenn das optische Zentrum 44 in der Horizonta¬ len vor dem zuerst abgetasteten Rand der zuletzt abgetasteten Strichgruppe liegt. Somit variiert dieser Zeitpunkt t„ linear zwischen den Extremwerten t_E und t_A in Abhängigkeit von der Lage des optischen Zentrums 44 in der Vertikalen vor den Strichgruppenbereichen 6B, 6C. Eine einfache Proportionen¬ rechnung erlaubt also der Rechenschaltung, die Lage des opti¬ schen Zentrums 44 in der Vertikalen vor den Strichgruppenbe¬ reichen 6B, 6C in Abhängigkeit von den Zeitpunkten tH, t-E und t_A zu errechnen und zur Verwendung durch die Steuerung des Roboters bereitzustellen.
Die beschriebene Bereitstellung der Information zur Lage des optischen Zentrumε der Sensorvorrichtung in der Horizon¬ talen und in der Vertikalen vor den Strichgruppenbereichen, also vor dem Retroreflektor und der Maske, und die Weiterlei¬ tung dieser Information an die Rechenschaltung ermöglicht der Steuerung des Roboters, sich gegebenenfalls vor anderen Strichgruppenbereichen wie beispielsweise vor den Strichgrup¬ penbereichen 4 oder 5 in Fig. 3 zu positionieren, um weitere Informationen in diesen zusätzlichen Codefeldern zu lesen. Beispielsweise ist auf dem Retroreflektor 1 im Strichgruppen¬ bereich 4 der Typ der Maschine bzw. Einrichtung codiert, auf welcher der Retroreflektor 1 angebracht ist, während ein wei¬ terer Strichgruppenbereich 5 für zusätzliche codierte Angaben verwendbar ist. Zudem können ein oder mehrere weitere Retro- reflektoren mit zusätzlichen Codefeldern vorgesehen und in vorbestimmter Position relativ zum Retroreflektor 1 angeord¬ net sein. Da der Rechenschaltung die vorbeεtimmte Position dieser zusätzlichen Codefelder relativ zum Codefeld des Re¬ troreflektors 1 bekannt ist, ist es der Steuerung des Robo¬ ters möglich, diese zusätzlichen Codefelder ohne vorangehende Suchaktion anzusteuern, um deren Information zu lesen.
Somit genügt eine einzige Abtasteinrichtung sowohl zur vorerst nötigen Ermittlung der Position des Bestückungsrobo- ters relativ zu den Maschinen bzw. Einrichtungen und deren Magazinpositionen wie auch danach zum Ablesen von weiteren Codefeldern, die eine Information beispielsweise über den Typ einer Maschine, eines Magazins und dergleichen liefern. Weil der Bestückungsroboter die Positionen der zusätzlichen Code¬ felder kennt, sobald er die Positionen und Dimensionen an den Maschinen bzw. Einrichtungen und an den Magazinen gelernt hat, ist es ihm möglich, auch die weiteren Codefelder anzu¬ fahren und in den Blickwinkel der Abtasteinrichtung zu brin¬ gen, um deren Information zu lesen.
Durch die beschriebene Bereitstellung der Information zur Lage des optischen Zentrums der Sensorvorrichtung in der Horizontalen und in der Vertikalen vor den Strichgruppenbe¬ reichen, also vor dem Retroreflektor und der Maske, und durch die Weiterleitung dieser Information an die Steuerung eines Roboters lässt sich beispielsweise ein Bestückungsroboter für eine Linie von Maschinen und/oder Einrichtungen inεbeεondere zur automatischen Bearbeitung und/oder von Einrichtungen zur automatischen Behandlung von elektronischen Bauelementen so steuern, dass die richtigen Magazinen zu den richtigen Posi¬ tion der richtigen Maschinen oder Einrichtungen gebracht wer¬ den bzw. von diesen Positionen abgeholt werden.
Bei einem beliebigen dieser Poεitioniervorgänge können die Rechenschaltung der Sensorvorrichtung und/oder die Steue¬ rung auch noch überprüfen, ob die aktuelle Soll-Position mit der früher ermittelten Soll-Position übereinstimmt. Ist dies nicht der Fall, so ist beispielsweiεe die betreffende Maschi¬ ne und/oder Einrichtung verschoben oder εonεtwie verändert worden, waε beispielsweise einen Alarm auslöst.
In den Fig. 5a, 5b, 6a und 6b sind jeweils verschiedene Varianten der Ausbildung des Codes in einem Zwischenfeld als geometrisches Schema dargestellt. Der nun dargestellte Rahmen entspricht jeweils schematisch dem Zwischenfeld, das bereits im vorangehenden im Zusammenhang mit Fig. 3, dort jedoch nur mit einem virtuellen, d.h. nicht durch einen tatsächlichen Strich dargestellten Rand beschrieben wurde. In Fig. 5a ist zur besseren ϋberεicht nochmals die Aus¬ bildung dargestellt, die bereits im vorangehenden im Zusam¬ menhang mit Fig. 3 beschrieben wurde. Ein Diagonalstrich durchquert das Zwischenfeld im wesentlichen diagonal und hal¬ biert es annähernd in zwei Zwischenfeldbereiche von optisch gleicher Beschaffenheit. Der Diagonalstrich ist dunkel und die Zwischenfeldbereiche sind hell (oder umgekehrt) , d.h. der Diagonalstrich ist von den Zwischenfeldbereichen optisch ver¬ schieden. Jeder der beiden Zwischenfeldbereiche erzeugt mit dem Diagonalstrich eine Grenzlinie, die daε Zwiεchenfeld an¬ nähernd diagonal durchquert, es gibt somit zwei einander par¬ allele Grenzlinien. Die Abtasteinrichtung reagiert auf den optischen Kontrast an den beiden Grenzlinien, indem dieser Kontrast darin eine Variation der Beleuchtungsdichte erzeugt, die zur Bestimmung einer Blickrichtung führt.
In Fig. 5b ist eine Ausbildung dargestellt, die von der Ausbildung nach Fig. 5a im wesentlichen durch spiegelsymme¬ trische Verdoppelung abgeleitet ist, wobei das Zwischenfeld entlang der Mittellinie in zwei Zwiεchenfeldteile im weεent- lichen halbiert ist und die Diagonalstriche des einen und des anderen Zwischenfeldteils im Winkel zueinander liegen.
In Fig. 6a ist eine Ausbildung dargestellt, bei der das Zwischenfeld im wesentlichen diagonal in zwei optisch ver¬ schiedene Zwischenfeldbereiche im wesentlichen halbiert ist. Der eine Zwischenfeldbereich ist dunkel und der andere hell, d h. eine Grenzlinie durchquert das Zwischenfeld im wesentli¬ chen diagonal. Die Abtasteinrichtung reagiert auf den opti¬ schen Kontrast an dieser Grenzlinie, indem dieser Kontrast darin eine Variation der Beleuchtungsdichte erzeugt, die zur Bestimmung einer Blickrichtung führt.
In Fig. 6b ist eine Ausbildung dargestellt, die von der Ausbildung nach Fig. 6a im wesentlichen durch εpiegelsymme- trische Verdoppelung abgeleitet ist, wobei das Zwischenfeld entlang der Mittellinie in zwei Zwischenfeldteile im wesent¬ lichen halbiert ist und die Grenzlinien des einen und des anderen Zwischenfeldteils im Winkel zueinander liegen. Es sind durchaus noch andere Ausbildungen des Codes in einem Zwischenfeld möglich, bei denen der Code in mindestens einem Zwischenfeld zumindest eine die Mittellinie schräg schneidende Grenzlinie zwischen zwei Flächenbereichen des Zwischenfelds umfasst, und die Flächenbereiche dazu ausgebil¬ det sind, bei der Abtastung ihrer gemeinsamen Grenzlinie durch die Abtasteinrichtung in dieser eine Variation der Be¬ leuchtungsdichte zu erzeugen, die zur Bestimmung einer Blic¬ krichtung führt. Insbesondere ist zu verstehen, dass die in den Fig. 5a, 5b, 6a und 6b dargestellten Zeichnungen um die beiden virtuellen Mittellinien ihrer Rechtecke spiegelbild¬ lich umkehrbar, d.h. in den Fig. 5a, 5b, 6a und 6b die Be¬ griffe "oben" und "unten" untereinander austauschbar εind, unebenfalls auch, dass die Begriffe "hell" und "dunkel" un¬ tereinander austauschbar sind, ohne sich vom Prinzip der Er¬ findung zu entfernen.
In allen vorangehend beschriebenen Ausbildungen des Co¬ des umfasst das Codefeld vorzugsweise eine gerade Anzahl von untereinander gleich grosεen Positionierungsfeldern und eine entsprechende, um Eins kleinere ungerade Anzahl von unterein¬ ander gleich grossen Zwischenfeldern, und die Zwiεchenfeider sind entweder untereinander gleich oder spiegelgleich. In der bevorzugten Ausbildung gemäss Fig. 3 umfasst das Codefeld genau vier Positionierungsfelder und drei Zwischenfelder.

Claims

Patentanεprüche
1. Sensόrvorrichtung zur Feststellung der relativen Lage on zwei zueinander verschiebbaren Objekten, mit . einem im wesentlichen ebenen Codeträger für einen optischen Code, der am einen der Objekte in einem Codefeld des Codeträgers angeordnet ist, . einer am anderen Objekt angeordneten Abtasteinrichtung zur optischen Abtastung eines vorbestimmten Blickwinkels, der in einer Abtastebene liegt und von einem optischen Zentrum der Abtasteinrichtung ausgeht, wobei diesem op¬ tischen Zentrum Lichtstrahlen aus innerhalb des Blick¬ winkels liegenden Lichteinfallsrichtungen zugeleitet werden, und zur Bestimmung einer im Blickwinkel liegen¬ den Blickrichtung durch
_ Erfassen einer Beleuchtungsdichte an mindestens einem Fotodetektor der Abtasteinrichtung im Laufe der Abtastung des Blickwinkels nach der Lichteinfallsrichtung, - Ermittlung einer Variation der Beleuchtungsdichte in
Abhängigkeit der Lichteinfallsrichtung, und . Bestimmen einer mit der Lichteinfallsrichtung überein¬ stimmenden Blickrichtung, wenn die Variation der Beleuchtungsdichte in Abhängigkeit der Lichtein¬ fallsrichtung einem Helligkeitskontrast entspricht, der einen vorgegebenen Helligkeitskontraεt über¬ schreitet, und _ einer Rechenschaltung,
- wobei das Codefeld durch Verschiebung der Objekte zueinan¬ der in den Blickwinkel der Abtasteinrichtung bringbar ist und . der Code dazu ausgebildet ist, bei desεen Abtaεtung durch die Abtaεteinrichtung in dieser mindestens eine zur Be¬ stimmung einer Blickrichtung führenden Variation der Beleuchtungsdichte zu erzeugen. dadurch gekennzeichnet, dass
_ das Codefeld im wesentlichen rechteckig mit einer im we¬ sentlichen parallel zur Abtastebene liegenden Mittelli¬ nie ausgebildet ist und mindestens zwei rechteckige Po¬ sitionierungsfelder und ein dazwischenliegendes rechtec¬ kiges Zwischenfeld umfasst, wobei das Codefeld von einer entlang der Mittellinie alternierenden Folge von Posi¬ tionierungsfeldern und Zwischenfeldern exakt gefüllt ist, und
- der Code in mindestens einem Zwischenfeld zumindest eine die Mittellinie schräg schneidende Grenzlinie zwi¬ schen zwei Flächenbereichen des Zwischenfelds umfaεεt, welche Flächenbereiche dazu auεgebildet sind, bei der Abtastung ihrer gemeinsamen Grenzlinie durch die Abta¬ steinrichtung in dieser eine zur Bestimmung einer Blic¬ krichtung führende Variation der Beleuchtungsdichte zu erzeugen.
2. Sensorvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich¬ net, dass das Zwischenfeld im wesentlichen diagonal in zwei optisch verεchiedene Zwiεchenfeldbereiche im weεentlichen halbiert ist, derart, dass die Zwischenfeldbereiche eine sol¬ che Ausbildung der Flächenbereiche darstellen, bei der die Grenzlinie das Zwischenfeld im weεentlichen diagonal durch¬ quert.
3. Sensorvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich¬ net, dass das Zwischenfeld entlang der Mittellinie in zwei Zwischenfeldteile im wesentlichen halbiert ist und die Zwi- schenfeldteile ihrerseits im wesentlichen diagonal in zwei optisch verschiedene Zwischenfeldbereiche im wesentlichen halbiert sind, derart, dasε in jedem Zwiεchenfeidteil die Zwischenfeldbereiche eine solche Ausbildung der Flächenberei¬ che darstellen, bei der die Grenzlinie das Zwischenfeidteil im wesentlichen diagonal durchquert, wobei die Grenzlinien des einen und des anderen Zwischenfeldteils im Winkel zuein- ander liegen.
4. Sensorvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich¬ net, dass"ein Diagonalstrich das Zwischenfeld im wesentlichen diagonal durchquert und in zwei Zwischenfeldbereiche von op¬ tisch gleicher Beschaffenheit annähernd halbiert, wobei der Diagonalstrich von den Zwischenfeldbereichen optisch ver¬ schieden ist, derart, dass der Diagonalstrich und ein Zwi¬ schenfeldbereich zusammen eine solche Ausbildung der Flächen¬ bereiche darstellen, bei der die Grenzlinie das Zwischenfeld annähernd diagonal durchquert.
5. Sensorvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich¬ net, dass das Zwischenfeld entlang der Mittellinie in zwei Zwischenfeldteile im weεentlichen halbiert ist und in jedem Zwischenfeldteil ein Diagonalstrich das Zwischenfeldteil im wesentlichen diagonal durchquert und in jeweils zwei Zwi¬ schenfeldbereiche von optisch gleicher Beschaffenheit annä¬ hernd halbiert, wobei der Diagonalstrich von den Zwischen¬ feldbereichen optisch verschieden ist, derart, dass in jedem Zwischenfeldteil der Diagonalstrich und ein Zwischenfeldbe¬ reich zusammen eine solche Ausbildung der Flächenbereiche darstellen, bei der die Grenzlinie das Zwischenfeldteil annä¬ hernd diagonal durchquert, wobei die Diagonalstriche des ei¬ nen und des anderen Zwiεchenfeldteilε im Winkel zueinander liegen.
6. Sensorvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich¬ net, dass das Codefeld eine gerade Anzahl von untereinander gleich grossen Positionierungsfeldern und eine entsprechende, um Einε kleinere ungerade Anzahl von untereinander gleich grossen Zwischenfeldern umfasst, und dass die Zwischenfelder untereinander gleich oder spiegelgleich sind.
7. Sensorvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeich¬ net, dass das Codefeld vier Positionierungsfelder und drei Zwischenfelder umfasεt.
8. Sensorvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeich¬ net, dass der in einem Positionierungsfeld angeordnete Code einer Position dieses Positionierungsfeldes im Codefeld ent¬ spricht und eine von der Abtasteinrichtung auswertbare Posi¬ tionsinformation umfasst, die angibt, an welcher Stelle sich das Positionierungsfeld in einer von den Positionierungsfel¬ dern entlang der Mittellinie gebildeten Reihenfolge befindet.
9. Sensorvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeich¬ net, dass in den Positionierungsfeldern der Code jeweils eine Strichgruppe aus mindestens zwei rechteckigen Strichen und einem dazwischenliegenden rechteckigen Zwischenraum umfasst, wobei die Striche und Zwischenräume optisch voneinander ver¬ schieden sind und eine jeweilige Längsrichtung der Striche und Zwischenräume rechtwinklig zur Mittellinie des Codefelds über desεen ganze Auεdehnung verläuft.
10. Sensorvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeich¬ net, dass die jeweiligen Positionen einer Mehrzahl von Posi- tionierungεfeldern im Codefeld durch aufeinanderfolgende Zah¬ lenwerte codiert εind.
11. Senεorvorrichtung nach Anεpruch 1, dadurch gekennzeich¬ net, dass in der Abtastebene die Winkellage der Blickrichtung um das optische Zentrum auf eine in vorbestimmter Winkellage zur Ebene des Codeträgers liegende Referenzrichtung bezogen ist.
12. Sensorvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich¬ net, dass die Ebene des Codeträgers in einer in einem Koordi¬ natensystem vorbestimmten Lage angeordnet ist und in der Ab¬ tastebene die Winkellage der Blickrichtung um das optische Zentrum auf eine Referenzrichtung von im Koordinatensystem vorbestimmter Winkellage bezogen ist.
13. Sensorvorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch ge¬ kennzeichnet, dass die Referenzrichtung orthogonal zur Ebene des Codeträgers liegt und die Objekte in drei zueinander or¬ thogonalen Richtungen, von denen die eine parallel zur Refe¬ renzrichtung und die beiden anderen parallel zur Ebene des Codeträgers liegen, relativ zueinander verschiebbar εind.
14. Verwendung der Sensorvorrichtung nach Anspruch 1 in ei¬ nem in drei zueinander orthogonalen Richtungen bewegbaren Be¬ stückungsroboter für eine Linie von Maschinen und/oder Ein¬ richtungen.
15. Verwendung nach Anspruch 14, bei welcher die Maschinen bzw. Einrichtungen zur automatischen Bearbeitung bzw. Behand¬ lung von elektronischen Bauelementen bestimmt sind.
16. Verfahren zur selbsttätigen Ermittlung einer Position eines verschiebbaren Roboters in bezug auf ein Objekt mit Hilfe einer Steuerung des Roboters und einer Sensorvorrich¬ tung nach Anspruch 1, wobei die Abtasteinrichtung am Roboter und der Codeträger am Objekt angeordnet ist, dadurch gekenn¬ zeichnet, dass der Roboter von der Steuerung so poεitioniert wird, daεε der Blickwinkel eine Mehrzahl von Positionierungs¬ feldern umfasst, worauf die Rechenschaltung in einem vorbe¬ stimmten Koordinatensystem die Koordinaten des optischen Zen¬ trums in bezug auf einen vorbestimmten Punkt des Codefeldeε errechnet und zur Verwendung durch die Steuerung bereit¬ stellt.
17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Roboter von der Steuerung in einer ersten Phaεe εo poεi¬ tioniert wird, dass der Blickwinkel das gesamte Codefeld um¬ fasst, und in einer zweiten Phase näher zum Codeträger so positioniert wird, dass der Blickwinkel nur zwei ausgewählte Positionierungsfeider und das dazwischen liegende Zwischen¬ feld umfasst, worauf die Rechenschaltung die Koordinaten des optischen Zentrums in bezug auf einen vorbestimmten Punkt des Codefeldes errechnet und zur Verwendung durch die Steuerung bereitstellt.
18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die ausgewählten Positionierungsfelder aufgrund eines Ver¬ gleichs ihrer Codierung mit einer entsprechenden Vorgabe in der Steuerung des Roboters ausgewählt werden.
19. Anwendung des Verfahrens nach Anspruch 16 zur Steuerung eines in drei zueinander orthogonalen Richtungen bewegbaren Bestückungsroboters für eine Linie von Maschinen und/oder Einrichtungen.
20. Anwendung nach Anspruch 19, bei welcher die Maschinen bzw. Einrichtungen zur automatischen Bearbeitung bzw. Behand¬ lung von elektronischen Bauelementen bestimmt sind.
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